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DE2610149A1 - Spatial contour measurement head for large measurement paths - has variable gain and large sensor inclination angles in 3 coordinates from ball bearing mounting - Google Patents

Spatial contour measurement head for large measurement paths - has variable gain and large sensor inclination angles in 3 coordinates from ball bearing mounting

Info

Publication number
DE2610149A1
DE2610149A1 DE19762610149 DE2610149A DE2610149A1 DE 2610149 A1 DE2610149 A1 DE 2610149A1 DE 19762610149 DE19762610149 DE 19762610149 DE 2610149 A DE2610149 A DE 2610149A DE 2610149 A1 DE2610149 A1 DE 2610149A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
probe
contour
moving part
probe head
head according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19762610149
Other languages
German (de)
Inventor
Heinrich Prof Dr Ing Frohne
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority to DE19762610149 priority Critical patent/DE2610149A1/en
Publication of DE2610149A1 publication Critical patent/DE2610149A1/en
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G01B7/008Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G01B7/012Contact-making feeler heads therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)

Abstract

A sensing head for measurement of spatial contours has the contact part connected to guide elements and is designed for very large measurement paths and operation at large sensor deflections. The sensor gain is variable. The moving part of the sensor, which activates the signal generator, can move in all directions in the x-y plane and simultaneously in the z direction perpendicular to the x-y plane. The three-coordinate movement is achieve using a ball bearing with a movable mounting. The profile of the moving sensor part is so formed as to give max. measurement sensitivity with sufficient linearity.

Description

Tastkopf zur Messung Probe head for measurement

räumlicher Konturen. spatial contours.

Die Erfindung betrifft einen Tastkopf zur Messung räumlicher Konturen, bei dem der die Meßkontur berührende Teil des Tasters beweglich mit Ftihrungselementen verbunden ist.The invention relates to a probe head for measuring spatial contours, in which the part of the probe touching the measuring contour is movable with guide elements connected is.

Bei derartigen Meßmaschinen wird die zu messende Kontur durch Berührung eines in der Meßmaschine eingespannten Tasters erfaßt und die dabei gemessenen Koordinaten werden angezeigt. Dabei sollten im Augenblick der Messung möglichst keine Beschleunigungen in den bewegten Teilen der Meßmascbine auftreten.In such measuring machines, the contour to be measured is touched a probe clamped in the measuring machine and the coordinates measured are shown. There should be no accelerations at the moment of the measurement occur in the moving parts of the measuring machine.

Bei den bekannten astkUpfen wird z.B. die Verschiebung des beweglichen Teiles über Hebel-, Feder- oder translatorische Führungssysteme in zwei oder drei Komponenten serlegt, die Jeweils durch Meßumformer unabhängig voneinander angezeigt werden. Der Nachteil dieser Systeme ist ihr hoher Konstruktions- und Fertigungsaufwand und bei bestimmten Anwendungen ihre ausschließliche Bewegung in den Geraden der drei Koordinaten. Bei einer anderen Tastkopfkonstruktion ist das eigentliche Tastelement als Ganzes in beliebiger Richtung beweglich gelagert, z.B. über Nembranfedern.Nachteilig wirken sich hierbei der geringe Meßweg und der nur über zusätzlichen Konstruktionsaufwand erreichbare Dreiweg aus, der z.B. auch ein grUßereB Uberfahren der Meßkontur gestattet.With the known knot heads, for example, the displacement of the movable Part via lever, spring or translational guide systems in two or three Components are laid down, each of which is indicated by a transmitter independently of one another will. The disadvantage of these systems is their high design and manufacturing costs and in certain applications their exclusive movement in the straight lines of the three coordinates. Another probe head design is the actual probe element as a whole, movably mounted in any direction, e.g. via membrane springs The short measuring path and the only additional construction effort have an effect here achievable three-way, which, for example, also allows a larger crossing of the measuring contour.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Taster zu entwikbei keln, der konstruktiv einfachem Aufbau in Jeder beliebigen räumlichen Richtung beweglich ist und Lage, Geschwindigkeit wie auch Richtung der Bewegung über Weg- und Winkelgeber in ein elektrisches Signal umsetzt0 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöet, daß der Signalgeber steuernde Teil in Jede Richtung der x-y-Ebene und gleichzeitig in der senkrecht zur x-y-Ebene liegenden z-Achse beweglich ist und dabei über Gleitbahnen mit nach bestimmten Forderungen vorgegebenem Verlauf auf elektrische Signalgeber einwirkt.The invention is based on the object of developing a button keln, the structurally simple structure can be moved in any spatial direction is and position, speed as well as direction of the movement via position and angle sensors into an electrical signal 0 According to the invention, this task is achieved by that the signal transmitter controlling part in each direction of the x-y plane and at the same time movable in the z-axis lying perpendicular to the x-y plane is and while on slideways with a predetermined course according to certain requirements electrical signal transmitter acts.

Das Prinzip zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in Fig. 1 und 2 skizziert. Die translatorische Lagerung für Bewegung in Richtung besteht aus dem feststehenden Zylinder (1), in dem bzw. über dem der Zylinder (2) spielfrei und federnd (3) gelagert ist. Die allseitige Bewegung in der x-y-Ebene wird über die Kugel- bzw0 Spitzenlagerung (4) des Tastelementes, bestehend aus dem Konturenelement (5) und dem Taststift (6), in dem FUhrungezylinder (2) erreicht. Die Steuerung der Weggeber (7) wird über den Kegelmantel des Konturenelementes (5) bewirkt. Die Tastkugeln (8) der Weggeber (7) sind in einer Ebene angeordnet. Weggeber und Führungszylinder (1) sind fest mit dem hier nicht dargestellten Tastergehäuse verbunden, welches definiert in die Pinole einer Koordinatenmeßmaschine eingespannt ist. Ebenfalls sind die Federelemente, die das Tastelement (5,6) in der Mittellage halten, und eventuelle Dämpfungselemente nicht dargestellt.The principle of two exemplary embodiments of the invention is shown in FIG. 1 and 2 outlined. The translational storage for movement in direction consists from the stationary cylinder (1), in or above which the cylinder (2) is free of play and is resiliently (3). The all-round movement in the x-y plane is about the ball or tip bearing (4) of the probe element, consisting of the contour element (5) and the stylus (6) in which the guide cylinder (2) is reached. Controlling the Displacement encoder (7) is effected via the conical surface of the contour element (5). The probe balls (8) the displacement transducers (7) are arranged in one plane. Position transducer and guide cylinder (1) are firmly connected to the button housing, not shown here, which defined is clamped in the quill of a coordinate measuring machine. Likewise are the spring elements that hold the probe element (5,6) in the central position, and any damping elements not shown.

Bei dem Ausführungebeispiel in Fig. 2 ist über dem FUhrungszylinder (2) noch ein dritter Zylinder (9) in z-Richtung spielfrei verschiebbar angeordnet. Soll ausschließlich in z-Richtung vermessen werden, so wird dieser Zylinder (9) auf das Konturenelement (5) geschoben, eo daß es dieses gegen Schwenkbewegungen arretiert.In the embodiment example in Fig. 2 is above the guide cylinder (2) a third cylinder (9) is arranged so that it can be displaced without play in the z direction. If measurements are only to be made in the z-direction, this cylinder (9) pushed onto the contour element (5), eo that it prevents pivoting movements locked.

Die Axialbewegung des Zylinders (9) und das Andrücken gegen das Konturenelement (5) kann durch einen ElOktromagDneten bewirkt werden.0 Z.B, könnte der Zylinder (9) über eine Feder in der Ruhelage gehalten werden. Bei Erregung des Magneten wirken dann Kräfte zwischen den Zylindern (2) und (9), die letzteren gegen die Federkräfte auf das Konturenelement (5) drücken.The axial movement of the cylinder (9) and the pressing against the contour element (5) can be caused by an electric magnet. 0 E.g., the cylinder (9) are held in the rest position by means of a spring. Act when the magnet is excited then forces between the cylinders (2) and (9), the latter against the spring forces press on the contour element (5).

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Taster für sehr große Meß- und sich daran snschließende Freiwege gebaut werden kann. Es ist damit möglich, in einem großen Auslenkbereich des Tasters Meßwerte zu erfassen und über den Meßbereich hinaus einen Freiweg zuzulassen, über den noch keine Beschädigung des Tasters befürchtet werden muß Weiter kann die Ubersetzung der Bewegung des beweglichen Tasterelementes auf die der Signalgeber weitgehend variiert werden.The advantages achieved with the invention are in particular: that the probe is built for very large measuring and free paths connected to it can be. It is thus possible to measure values over a large deflection range of the probe to detect and to allow a free path beyond the measuring range beyond the still There is no need to fear damage to the button. The translation can also be used the movement of the movable button element to which the signal transmitter can be varied widely.

Wesentlich ist der relativ geringe Pertigungsaufwand infolge der einfachen Lagerungen wie auch die MUglichkeit, handelsübliche Signalgeber, z.B. induktive Weggeber, einsetzen zu können.What is essential is the relatively low cost of manufacturing due to the simple Storage as well as the possibility of using commercially available signal generators, e.g. inductive Weggeber to be able to use.

Claims (12)

Patent ansprüche Tastkopf zur Messung räumlicher KOnturen, bei dem der die Meßkontur berührende Til des Tasters beweglich mit PUhrungelementen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber steuernde bewegliche Teil in Jede Richtung der x-y-Ebene und gleichzeitig in der senkrecht zurx-y-Ebene liegenden z-Achse beweglich ist und dabei über Gleitbahnen mit nach bestimmten Forderunp;en vorgegebenem Verlauf auf elektrische Signalgeber einwirkt.Patent claims Probe head for measuring spatial contours in which that of the probe touching the measuring contour is movably connected to PUhrungelemente is, characterized in that the signal generator controlling movable part in each Direction of the x-y plane and at the same time in the perpendicular to the x-y plane z-axis is movable and thereby via slideways with according to certain requirements the predetermined course acts on electrical signal generators. 2. Tastkopf nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des beweglichen Teiles in den drei Koordinaten durch Kombination eines Kugel- mit einem translatorischen Lager erzielt wird. 2. Probe head according to claim 1, characterized in that the movement of the moving part in the three coordinates by combining a spherical with a translational bearing is achieved. 3. Tastkopf nach Anspruch 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des beweglichen Teiles, die die elektrischen Signalgeber steuert, so ausgebildet wird, daß sich eine möglichst große Empfindlichkeit bei weitgehender Linearität zwischen Weg und Auswertsignal ergibt. 3. Probe according to claim 1 and 2, characterized in that the Contour of the moving part, which controls the electrical signal generator, designed in this way that the greatest possible sensitivity with extensive linearity between the distance and the evaluation signal. 4. Tastkopf nach Anspruch 1. t 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des beweglichen Teiles, die die elektrischen Signalgeber steuert, außerhalb des für die Messung genutzten Bereiches so auegebldet wird, daß sich ein maximaler Freiweg des beweglichen Teiles über den Meßbereich hinaus ergibt. 4. Probe head according to claim 1. t 3. characterized in that the Contour of the moving part, which controls the electrical signal generator, outside of the area used for the measurement is designed so that a maximum Free travel of the moving part results beyond the measuring range. 5. Tastkopf nach Anspruch 1. + 4. dadurch gekennzeichnet, daß die KOntur des beweglichen Teiles, die die Signalgeber steuert, als Außenkontur ausgebildet wird. 5. Probe according to claim 1 + 4, characterized in that the The contour of the moving part that controls the signal generator is designed as an outer contour will. 6. Tastkopf nach Anspruch 1. + 4. dadurch gekennzeichnet, daß die KOntur des beweglichen Teiles, die die Signalgeber steuert, als Innenkontur ausgeführt wird. 6. Probe head according to claim 1 + 4, characterized in that the The contour of the moving part that controls the signal transmitter is designed as an inner contour will. 7. Tastkopf nach Anspruch 1. + 6. dadurch gekennzeichnet, daß das Konturenelement des beweglichen Teiles als rotationssymmetrisches Drehteil hergestellt wird. 7. Probe according to claim 1 + 6, characterized in that the The contour element of the moving part is produced as a rotationally symmetrical turned part will. 8. Tastkopf nach Anspruch 1. + 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des beweglichen Teiles in der x-y-Ebene durch Arretierung des beweglichen Teiles verhindert wird und eine Bewegung ausschließlich in der z-Achse möglich ist. 8. probe head according to claim 1 + 7, characterized in that the Movement of the movable part in the x-y plane by locking the movable part Part is prevented and movement is only possible in the z-axis. 9. Tastkopf nach Anspruch 1. 8. dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Hebeltastern als Signalgeber der bei Auslenkung durch das Auswandern deu Kontaktpunktes aus der lIeßebene entstehende Fehler elektrisch korrigiert wird.9. Probe head according to claim 1. 8. characterized in that when used of lever switches as a signal transmitter of the contact point when deflected by the emigration errors arising from the leasing level are corrected electrically. 10. Tastkopf nach Anspruch 1. + 9. dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalen der von dem beweglichen Teil gesteuerten Geber in definierten Lagen des beweglichen Teiles Impulse abgeleitet werden.10. Probe according to claim 1 + 9, characterized in that from the signals of the encoder controlled by the moving part in defined positions of the moving part impulses are derived. 11. Tastkopf nach Anspruch io. dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalen der Geber dann ein Impuls abgeleitet wird, wenn die Zentralachse des Tasters,auf die sich die Meßkoordinaten der Maschine bezishon, die zu vermessende Kontur achneidet bzw. berührt.11. Probe according to claim io. characterized in that from the A pulse is then derived from the signals from the transmitter when the central axis of the button is on which bezishon the measuring coordinates of the machine, the contour to be measured intersects or touched. 12.Tastkopf nach Anspruch 10. dadurch gekennzeichnet, daß aus den Signalän der Geber dann ein Impuls abgeleitet wird, wenn der Meßbereich des Tasters überschritten wird. 12. Probe head according to claim 10, characterized in that from the Signalän the encoder then a pulse is derived when the measuring range of the probe is exceeded.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2840934A1 (en) * 1977-09-20 1979-03-29 Johansson Ab C E POSITION DISPLAY DEVICE FOR MONITORING, IN PARTICULAR CONTROL OF SURFACE MEASUREMENTS

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2840934A1 (en) * 1977-09-20 1979-03-29 Johansson Ab C E POSITION DISPLAY DEVICE FOR MONITORING, IN PARTICULAR CONTROL OF SURFACE MEASUREMENTS

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